PLC控制的交通信号灯控制系统设计.doc

PLC控制的交通信号灯控制系统设计 岳国庆 青岛理工大学琴岛学院 机电工程系 Abstract This paper introduces a kind of traffic signal lamp control system controlled with PLC,fully discusses the wiring of hardware,software flow and design of source program,also discusses operation principle pf this system in detail. Keywords: the traffic signal lamp control system, PLC,I/O wiring, software ddesign 摘要 本文介绍一种用PLC控制的交通信号灯控制系统，详细地阐述了系统硬件接线和软件流程及源程序设计，并详细介绍了系统工作原理。关键词:交通信号灯控制系统，PLC，I/O 接线，软件设计 正文1.1.1 城市化，是指人类生产和生活方式由乡村型向城市型转化的历史过程，表现为乡村人口向城市人口的转化以及城市不断发展和完善的过程。如果从新制度经济学的视角来对城市化的涵义进一步界定和分析的话，城市化进程中城市(包括市和镇)是由农村(乡村)演变而来又不同于农村的人口聚居及其活动方式的制度安排，因此城市化可以理解为使一个农业人口转化为非农业人口，农村地域转化为城市地域，农业活动转化为非农业活动，农村价值观念转化为城市价值观念，农村生活方式转化为城市生活方式的多景观多层面的综合转换过程 新中国成立以来，从时间顺序来看，城市化在经历了1950年代健康发展期和6070年代的畸形发展期后，从80年代起进入快速发展期。在未来10年内，将有1.52亿农村人口转移进城，到2020年，我国城市化水平可能达到60%左右，根据国际城市化进程的历史经验，城市化水平在40%70%之间，是加速城市化时期，而我国目前城市化水平正处在30%这一加速点。 我国城市化发展趋势可能要比其他国家速度快。市场经济体制的发展加速了我国城市化的进程，刺激了大量农村剩余劳动力涌人城市。城市中增加一个人，对交通的需求远比对居住、食、上学、求职等的强度大得多，后者是静态的，前者是动态的。因而，城市发展所带来的交通需求呈“几何级数”上升，而交通设施建设只能以“算术级数”增加，这就产生了严重的不协调。改革开放后，随着经济的发展，人们逐渐意识到，不管提出多少个现代化，最终就是一个“城市化” 。近年来，中国城市化进程不断加快。根据国家规划，到年之前，要使中国城市化率从现在的36提高到70左右，平均每年城市化率约提高一个百分点，年均约有1200万人口从乡村转移到城市。这是一个相当巨大的工程。现在人们已经充分认识到城市化建设的重要性。县改市、镇改区、县改区、城镇建设、房地产开发、工业园区建设、居民小区建设、城市公共设施建设等等，城市建设已经成为中国经济增长的基本动力新华社北京9月28日电（记者刘江、赵颖）据权威部门今天公布的一份材料，中国城市化速度在过去20余年中达到世界平均速度两倍，12亿多中国人中目前已有近4亿人生活在城市。有关人士在今天举行的世界大城市首脑会议上披露，改革开放以来，中国城市化速度明显加快，年均增长063个百分点，是世界同期城市化平均速度的两倍，城市化水平目前为309。麦肯锡公司24日发布报告称，按照目前中国城市化的发展趋势，中国的城市人口将于2025年达到9.26亿，到2030年将突破10亿。根据这份题为迎接中国十亿城市大军的报告，中国的城市中心在未来将占据更加主导的地位。从1980年到2005年，中国的城市化水平已经增长了一倍以上，达到44%。到2025年，中国将有超过66%的人口生活在城市。 “城市化和中国强劲的经济增长相辅相成。在过去的20年内，城市是中国GDP增长的主要驱动因素，而且在未来的20年，这一情况将更为显著。根据目前趋势作出的预测，中国城市GDP占全国GDP的比例将由目前的75%增加到2025年的95%。”根据报告，移民将成为中国未来城市化的驱动力，移民将带动2005年至2025年70%的城市人口增长。到2025年，中国新增3.5亿多城市人口中将有超过2.4亿流动人口.1.1.2 国民经济高速度发展, 我国是一个人口众多的国家，人口占世界总人口的15强，同时也是一个经济发展中国家，在世界人均国民生产总值大小分类中，我国属于最低的一档。但值得注意的是，自1991年以来，我国的经济发展速度持续超过10，这种持续地高速度发展，是第二次世界大战后前所未有的。1993年美国、德国和日本的经济增长速度分别为31、26、38，俄国是一11，而我国则是134。由于经济的高速度持续增长，居民的收入相应地大幅度增加，以全国银行存款余额来说，1978年人均22元，到1993年6月，全国人均1100元，增长了50倍。持续高速度增长的经济和高速度增长的人民生活水平，必定对交通产生强大的需求。车辆高速度增长高速度增长的经济和人民生活水平的迅速提高对交通产生强大的需求，首先表现在我国机动车和自行车高速度增长。一方面，刺激了汽车工业的大发展，从1978年到1993年，我国汽车产量由149万辆增加到128万辆，增长76倍，在世界汽车工业严重滑坡的情况下(见表1)，1993年比1990年增产151，其速度居世界首位。另一方面，大大刺激了客货运量的增加，特别是90年代以来，增长速度更快。 世界主要汽车生产国1990年和1993年汽车生产情况 表1 城市高速度增长 1993年，我国有将近600个城市，100万人口以上的城市超过30个，无论是城市数量，还是城市人口数量，都是世界之最。城市人口的增加，包括外来人口的增加，市区城市用地的扩大和商业网点的增多，使得城市交通量迅速增加，交通高峰时间加宽，特别是夜生活的迅速发展，使夜间交通量大增，而且还使夜间交通高峰时间大大扩展，这是造成城市交通拥挤堵塞的主要原因之一.必须要有适当的城市交通投资 交通在社会及社会发展中十分重要，在社会生活中占有十分重要的位置，然而在我国， 由于历史原因，也由于过去几百年来经济发展缓慢的原因，在人们赖以生存的“衣、食、住、行”四大条件中，“行”排在最后一位。这种旧的传统观念到处都可以看到，比如城市中大楼盖好了，路还没有修通；高楼中有各种辅助、服务设施，可有的就没有停车场，或停车位远远不够。总之，交通不受人们重视，道路交通不受人们重视，有关部门下不了决心对道路建设进行较多的投 交通拥挤和堵塞现象已成为现代社会的一大症结，发展中国家是如此，工业发达国家也是如此。据美国科学研究委员会交通运输研究会的研究指出，美国每年由于交通堵塞而造成的生产损失达1000亿美元；美国交通安全委员会的研究指出，1993年由于交通事故所造成的经济损失达800亿美元。即使在道路交通高度现代化的美国，每年因交通堵塞和交通事故造成的经济损失已达1800亿美元，占国民经济生产总值的3，因此在道路建设上的投资占国民经济生产总值的2是完全必要的。解决城市交通拥挤与堵塞问题，不单要认识交通在社会中的地位与作用，不单要有适当的交通投资，而且更重要的要有科学的理论，这些理论不是抽象的，而是根据城市交通本身的规律以及结合国内外城市交通的历史与现状提出来的， 城市中有各种交通形式，这些交通形式的速度不一样，为了安全与畅通，必须将各种交通形式在空间或时间上进行分离。交通分离有三种形式：混合交通，即机动车、自行车、行人和公共汽电车等交通参与者同在一个车行道内通行。分道交通，各种交通形态如机动车、 自行车和行人等占用同一通行带内的特定部分，我国城市中的三块板道路，就是典型的分道交通形式。分道交通中各种交通形态之间容易发生交错，特别是在交叉路口。这时应采用时间分离，即采用交通信号，以避免各交通形态之间在交叉路口发生交错。分离交通，各交通形态 分别具有固定的通行带，各交通形态之间互不干扰，这是交通分离的最高级形式。这种交通分离，一般由机动车专用道路、自行车专用道路和行人专用道路组成。各专用道路之间不互通，交叉时采用立体结构形式。 1.2随着社会的发展和进步,城市交通的畅通问题日益突出,一方面十字路口多,人员流动大.道路窄,车辆增加快,容易造成道路交通的堵塞;另一方面又要在有限的时间内既快又保证行人和车辆的安全. 交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢？为确保车辆和行人安全顺利地通过十字路口,目前大多数城市已经使用自动控制的交通信号灯来指挥。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现,结构复杂,可靠性低,故障率高;有的只是利用一些常用集成电路完成,基本以硬件实现为主,成本较低,功能也相对比较简单,但较难实现功能的变更。可编程控制器( PLC) 以微处理器为核心,具有可靠性高,控制功能强,使用灵活方便等优点。特别是由PLC 实现的控制系统,普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计,即使不熟悉计算机的机电设计人员及电气技术人员也可轻松地掌握编程方法,极大促进了PLC的推广和应用。采用可编程控制器实现交通灯自动控制系统,比用逻辑电路和继电器制作的交通灯自动控制系统具有更多的优点,如结构简单,抗干扰能力强,运行稳定可靠,可方便地设置定时时间,编程容易,功能扩展方便,修改灵活等。而且由于PLC本身的故障率极低,并且有完善的自诊断和显示功能,可采用更换模块的方法,迅速排除PLC 的故障,因此维修工作极为简单。 本文介绍一种用PLC控制的交通信号灯控制系统，其东西方向和南北方向的交通信号灯亮灯时间，可由用户随时根据路口的交通繁忙情况，由)BCD拨盘设置；该系统设有白天和夜晚信号灯亮灯情况转换，白天按红、黄、绿3种信号灯交替轮流点亮，夜晚在23点后到凌晨6 点前,车辆极少的情况下,可采用各车道只有黄灯闪烁,提示前方是十字路口,慢行的模糊控制方式,以达到畅通的目的；并设有紧急情况处理，当路口发生交通堵塞时，可只让东西方向或南北方向绿灯亮，只允许该方向的车辆通行。最大限度地减少十字路口的车辆滞留现象,有效缓解交通拥挤.1.3 系统硬件设计1.3.1 系统组成 该系统采用FX2-48MR PLC作控制器，有24个输入点，24 个输出点，继电器输出采用2个4位BCD 码拨盘作亮灯时间预置；东、西、南、北方向各有红、黄、绿信号灯一盏，共12盏信号灯；各有数码管2个，共8个；有启动按钮、停止按钮、紧急按钮、亮灯时间预置按钮、计时开始按钮、计时快速调整按钮各1个，紧急情况时东西方向绿灯亮或南北方向绿灯亮转换开关1个，以及亮灯时间预置时东西方向亮灯时间预置或南北方向亮灯时间预置转换开关1个。1.3.2 I/O点数确定1）输入点数确定:4个按钮需4个输入点，两个转换开关需4个输入点，两个4位BCD码拨盘需8个输入点，共需16个输入点。2）输出点数确定：因东、西方向及南、北方向的信号灯可并联，所以12盏信号灯需6个输出点，东、西、南、北方向数码管可并联,8个数码管需14个输出点，共需20个输出点。1.3.3 PLC选择因需要16个输入点，20个输出点，再考虑到实际应用时应有10%的余量,所以综合多种因素选择三菱FX2-48MR型PLC。1.3.4 PLC I/O分配输入 输出X0启动/停止按钮 Y0东西方向绿灯 X1紧急按钮 Y1东西方向黄灯 X2紧急转换开关K1东西绿灯触点 Y2 东西方向红灯X3紧急转换开关K1南北绿灯触点 Y3南北方向绿灯X4亮灯时间预置按钮 Y4南北方向黄灯X5时间预置转换开关东西时间预置触点 Y5南北方向红灯X6时间预置转换开关南北时间预置触点 Y10-Y16东西方向2位数码管X7计时快速调整按钮 Y20-Y26南北方向2位数码管X10-X17 BCD拨码开关输入1.3.5 系统I/O 接线图(图1)1.3.6 系统工作原理系统接通电源，按下启动按钮，开始工作。首先东西方向绿灯亮（亮灯时间由用户预置），南北方向红灯亮，当东西方向绿灯最后3秒时闪烁3次转黄灯亮3秒；接着东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮（亮灯时间同样由用户预置），当南北方向绿灯最后3秒时闪烁3次转黄灯亮3秒；接着又转东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，如此循环。用户可根据路口的交通繁忙情况随时调整东西方向和南北方向的绿灯亮灯时间，当需要调整时首先按下亮灯时间预置按钮，将拨动开关拨到东西方向预位置时可调整东西方向绿灯时间，将拨动开关拨到南北方向预置位置时可调整南北方向绿灯时间。 系统设置有白天和夜晚亮灯模式转换，白天按红、黄、绿3种信号灯交替轮流点亮方式工作；在深夜11点后到凌晨6点前由于车辆较少，东西南北方向均只有黄灯闪烁，司机及行人可根据情况随时通行。当遇到交通堵塞时，用户可按下紧急按钮，将拨动开关拨到东西绿灯位置，则东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯，只让东西方向车辆通行；将拨动开关拨到南北绿灯位置，则南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯，只让南北方向车辆通行。 当需要计时时，按下计时开始按钮，系统开始计时；系统设有计时快速调整，按下计时快速调整按钮，将系统时间快速调整到当前时间。